AC-AC开关稳压电源专用芯片的研究与设计

摘要

随着电子技术的发展，集成电路的兴起，电子设备的种类越来越多，对电源的要求更加灵活多样。电子设备的小型化和低成本化使电源向轻、薄、小、高效、低成本、低噪声方向发展，开关电源的应用领域越来越广泛。 本文设计了一种新型的AC-AC开关稳压电源及其控制芯片，用来实现直接的交流-交流稳压功能。首先基于DC-DC中的Buck-Boost变换器原理，根据设计要求，设计了AC-AC开关稳压电源电路的拓扑结构以及控制参数，然后运用开关电源的通用设计算法--状态平均法，结合MATLAB软件验证了该电路可以实现直接的交流-交流变换，且根据不同的设计参数可以实现升压或者降压。 控制电路采用脉宽调制(PWM)控制方式，对其控制原理首先进行了简单介绍，并指出了AC-AC Buck-Boost电路独有的控制特点和模块，在研究并设计了其特有的互补隔离驱动电路后，运用ORCAD软件的分立元件模型完成了整个电路系统的搭建与仿真。最后，在系统级的基础上，对控制芯片进行了设计，包括对各个模块如基准电压、运算放大器、误差放大器、加法器、PWM比较器、振荡器、内部偏置电路、过流保护电路、过温保护电路等，利用Cadence仿真工具Spectre，在上华0.6μm CMOS工艺下进行了设计和仿真，结果显示达到了预定的设计指标。 文中最后对整个系统进行了闭环的分析与仿真，测试了输入电压变化对输出电压稳定性的影响，以及负载变化对输出电压所造成的影响等，仿真结果表明该系统满足了稳定输出电压的设计要求。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1电源技术的发展概况

1.2电源管理芯片

1.3课题的意义

1.4本文的设计目标

1.5本文章节安排

第二章 主电路原理与设计

2.1交流降压-升压变换器

2.1.1工作原理

2.1.2工作方式

2.1.3主电路参数设计

2.2状态空间平均法

2.3仿真验证

2.4本章小结

第三章 隔离驱动电路的设计

3.1四象限开关

3.2死区时间

3.3隔离驱动电路

3.3.1 IGBT工作原理与应用

3.3.2 IGBT驱动技术

3.3.3互补隔离驱动电路

3.4本章小结

第四章 控制电路系统级设计

4.1 PWM控制电路基本原理

4.2交流-交流控制电路分析

4.3整体电路仿真

4.3.1输入电压稳定

4.3.2输入电压波动

4.3.3输入波形失真

4.3.4死区时间的影响

4.4本章小结

第五章 专用芯片的设计与仿真

5.1内部偏置电路的设计

5.1.1设计目标

5.1.2负温度系数电压

5.1.3正温度系数电压

5.1.4带隙基准电压

5.1.5内部偏置电路

5.2电压绝对值电路模块

5.3运算放大器的设计

5.4误差放大器的设计

5.5电压比较器的设计

5.6振荡器的设计

5.7过流保护电路设计

5.8过温保护电路设计

5.9控制芯片整体结构

5.10系统整体电路分析与仿真

5.10.1输入电压稳定

5.10.2输入电压波动

5.10.3输入波形失真

5.10.4过流保护

5.10.5过温保护

5.11本章小结

第六章 总结与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

作者在攻读学位期间公开发表的论文及参与的项目

附录A AC-AC Bucd-Boost开关稳压电源电路图

致谢